人造卫星基本原理

1、人造卫星的基本原理参考、摘录自一一王冈曹振国人造卫星原理亠、关于椭圆轨道在地球引力的作用下，要使物体环绕地球作圆周运动，那么必须使得物体的速度达到第一宇宙速度。如果卫星所需的向心力恰好和其所受万有引力相等，则它将作圆周运动。 若其所需向心力大于地球引力，这是物体的运动轨迹就变成椭圆轨道了。物体的速度比环绕速度（作圆周运动时的速度）大得越多，椭圆轨道 就越“扁长"，直到达到第二宇宙速度，物体便沿抛物线轨道飞出地球引力场之 外。都会使航天器的轨道因为发射卫星和飞船时，入轨点的速度控制不可能绝对精确，速度大小的微小偏离，和速度方向与当地的地球水平方向间的微小偏差,不是圆形二是椭圆形，椭圆扁

2、率取决于入轨点的速度大小和方向。尽管开普勒定律阐明的;发射速度16.7皿双曲线1、卫星运动轨道的几何描述. i地球O统的运动，如地球和月，地球和人造卫星等.绕太阳的轨道运动，乞射速度它们可以用于任意二体系11.2km/s-抛物线、疋八、假定地球中心O在椭圆的一个发射速度7.9km/s-a椭圆的半长轴上椭圆轨道E偏近点角上任一点(r)处的速度就可以计算出来：2 2v(1 ) 其中2 =GM (地心万有引力常数)、r a椭圆轨道上任一点处的向径r为：r a(1 ecos E)近地点向径：rpa(1 e)远地点向径：rAa(1 e)所以，近地点r最小，卫星速度最大远地点r最大，卫星速度最小a 1 e

3、卫星或飞船入轨点处的速度，通常就是近地点的速度，这个速度一般要比当 地的环绕速度要大；而椭圆轨道上远地点速度则比当地的环绕速度要小。圆形轨道可以看成椭圆轨道的特殊情况。即a=b=r，所以2J又因为 gr ，所以： v Jgr r /g0R ( ) 2rr这就是运行轨道的环绕速度公式。三、人造卫星的轨道参数(轨道根数)对于人造地球卫星轨道的形状、大小、在空间的方位以及卫星在特定时刻所处的位置，人们通常用一些特殊的量来描述，这些“量”被称为“轨道参数”，最常用的是经典轨道常数， 即开普勒轨道常数， 用来描述在空间中的卫星的轨道。 可以用这些常数递推出卫星在过去或将来的位置。有以下六个：1 轨道倾角

4、i赤道平面与卫星轨道平面间的夹角2 升交点赤经 Q从春分点(以地球为中心观察:太阳从南半球王北半球运动时，跟地球赤道平面相交的点)到卫星升交点 (卫星由南半球往北半球穿过赤道平面的那一点，反之为降交点)的经度。3 近地点幅角 3地心与升交点连线 和 地心与近地点连线间的夹角4 椭圆半长轴a5.椭圆偏心率e6 卫星通过近地点的时刻 t前5个参数实际描述了 3个问题：轨道平面在空间中的方位；椭圆轨道在轨道平面中的取向（长轴指向）；椭圆轨道的形状和大小。四、人造卫星的周期由开普勒第三定律可知：运行周期的长短与半长轴有关，与半短轴无关即: T22 a 2GM大致可以这样说：距地面高度180500km

5、运行周期约90分钟距地面高度1万 km 运行周期约6小时距地面高度3.6万 km 运行周期约24小时运行周期为24小时的卫星叫“同步卫星”相对地面静止 （运转方向和地球自转方向相同，轨道在赤道上空） 的同步卫星叫“地球同步卫星”五、人造卫星的寿命在地球的外层空间，即使气体分子极其稀少，仍然会对卫星的运行形成阻 力，使它不断降低运行高度，以至最终进入稠密大气层销毁。所以，简单的说，轨 道越高，真空度越高，卫星的运行寿命也就越长。（有效寿命一一工作时间还受星上设备元件等影响， 所以，卫星真正实用的时间多这几年，少者只有几天甚至更少）六、人造卫星的常用轨道1 .圆轨道（用于把人造天体作为空间观测站、

6、基准点和中继站的场合一一侦查、气象、地球资源勘测、测地、导航、通信等）要把人造卫星发射到圆轨道，必须同时满足两个条件（1）速度正好等于入轨点处的当地环绕速度（2）速度方向同入轨点处的地平线平行如果，入轨点的速度大于该点环绕速度，卫星将进入椭圆轨道，入轨点成为近地点;- - 如果，入轨点的速度小于该点环绕速度，卫星将进入椭圆轨道，入轨点成 入轨点（丿I为远地点，其近地点过彳低一旦低于100km，进入大气层，就会导致发射失败。I-*如果入轨点入的轨速'等于该点环绕速度，但方向发生偏离，轨道也将成为椭圆，入轨点既不是近地点也不是远地点，在这种情况下， 无论速度方向片上还是偏下，近地点都将低于

7、入轨点，方向偏得越多，低得就越多，导致发射失败的危入轨点的高度取近地点高度，也就是人造卫星在近地点入轨发射比较方便。根据轨道的近地点和远地点的要求计算入轨速度。3 .地球同步轨道 （零倾角，高度为 35 800km，最适合地面远距离通话、电视转播等通信卫星和导弹预警卫星）地球同步卫星的发射比一般圆轨道和椭圆轨道要复杂，其发射过程可分为三（1）运载火箭将卫星送入初始轨道 （地高度，轨道平面和赤道面有倾角， 一般在200km左右），（2）当卫星经过赤道时，运载火箭再次工作，使其加速，进入一个远地 点为35800km的椭圆轨道转移轨道（非常扁，与赤道平面有倾 角），并与火箭分离（3）当卫星正好穿过赤

8、道平面时，由卫星上的远地点发动机调整卫星的速 度，再次加速并同时调整方向（由于发动机推力所增加的速度与卫星 原有速度合成），使速度正好等于地球同步卫星所需环绕速度，就可 以使卫星进入地球同步轨道了4.极地轨道 （优点是覆盖全球，侦查、导航、气象、测地、地球资源勘测等应用大倾角的轨道和极地轨道）七、失重的环境长期的星际航行， 必须在运周飞船上创造人工重力。例如，把飞船做成环形，让它绕中心旋转，在环的外壁上的人和物受到的力就相当于人工重力。如果假定每分钟转N次，环的直径为D，这时，环外壁处的线速度为60向心加速度为：av22 (_ND)2 D () 2 (若 D=60m，N=6 即可和地R D 60260面上相似）八、人造卫星的发射这种发射方式是不现实的：沿水平方向发射，一下子给卫星一个第一宇宙速度。原因有三：空气阻力太大，火箭会在严酷的气动力加热条件下被烧为灰烬； 不可能有这样的运输工具；目前，第一宇宙速度还不能在瞬息之间得到。实际的